CN100377422C

CN100377422C - 含有禁带的微波左手材料

Info

Publication number: CN100377422C
Application number: CNB2004100735201A
Authority: CN
Inventors: 赵晓鹏; 赵乾; 刘亚红; 张富利; 赵伟; 周欣
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2004-12-29
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2024-12-29
Also published as: CN1797839A

Abstract

本发明涉及一种微波左手材料，特别涉及一种含有禁带的微波左手材料。目前所有左手材料的微波透射曲线在某一频段内有一个透射峰即左手透射峰，而本发明的左手材料微波透射曲线在其左手透射峰区域含有禁带。本发明的微波左手材料是由刻蚀在基板上的金属开口谐振环与金属线组成，该材料的单元结构为两组相同金属开口谐振环和一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线，通过调节两组金属开口谐振环与金属线的相对位置可制成含有不同禁带的微波左手材料。利用这种微波左手材料可以制作新型微波器件如过滤器等。

Description

含有禁带的微波左手材料

技术领域本发明涉及一种左手材料，特别涉及一种含有禁带的微波左手材料。

背景技术左手材料(left-handed metamaterials)是一种自然界中不存在的人工复合结构材料，在某一频段内介电常数和磁导率同时为负，在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，从而呈现出许多新颖的光学特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov效应、完美透镜效应、负折射效应等。因而在无线电通信、超敏感传感器、医学诊断成像等领域有重要的应用价值。目前研究者所设计的左手材料的微波透射曲线是在某一频段内有一个透射峰即左手透射峰，这为其实际应用带来了很大的局限性，若设计成滤波装置很难实现带阻滤波。

发明内容本发明的目的是提供一种含有禁带的微波左手材料。在聚四氟乙烯纤维基板(Teflon)或者环氧玻璃布纤维基板(Glass-epoxy)上刻蚀三组相同金属开口谐振环阵列和一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线阵列，这样制备的左手材料如附图1所示其微波透射曲线为在某一频段内有一个透射峰即左手透射峰，保持金属线阵列不变仅将第三组金属开口谐振环用空位代替，这样制备的左手材料如附图2所示其微波透射曲线表明在左手透射峰区域有禁带，由该结构模型制成的左手材料其微波透射曲线表明在左手透射峰区域均有禁带。含有禁带的微波左手材料的结构单元如附图2所示为两组相同金属开口谐振环和一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线，金属开口谐振环可以是六边形、正方形、圆形。在一块基板的两面分别刻蚀两组相同金属开口谐振环阵列和一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线阵列，或者在一块基板的某一面上刻蚀两组相同金属开口谐振环阵列而在同种材料的另一块基板的某一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线阵列并将两块基板叠加，通过调节金属开口谐振环与金属线的相对位置h可制成含有禁带的不同微波左手材料。

附图说明

图1无禁带的微波左手材料样品

图2含有禁带的微波左手材料样品及其结构单元

图3无禁带的和含有禁带的微波左手材料的微波透射曲线

图4在一块聚四氟乙烯纤维基板两面分别刻蚀金属开口谐振环和金属线与在一块环氧玻璃

布纤维基板两面分别刻蚀金属开口谐振环和金属线且相对位置都是h＝0.20mm的含有禁带的微波左手材料的微波透射曲线

图5在一块聚四氟乙烯纤维基板两面分别刻蚀金属开口谐振环和金属线且相对位置分别为h＝0.10mm，h＝0.87mm，h＝1.87mm的含有禁带的微波左手材料的微波透射曲线

图6在两块环氧玻璃布纤维基板上分别刻蚀金属开口谐振环和金属线并将其叠加且相对位置分别为h＝1.80mm，h＝1.95mm，h＝2.20mm的含有禁带的微波左手材料的微波透射曲线

图7在一块聚四氟乙烯纤维基板两面分别刻蚀金属开口谐振环和金属线与在两块聚四氟乙烯纤维基板上分别刻蚀金属开口谐振环和金属线并将其叠加且相对位置都是

h＝0.10mm的含有禁带的微波左手材料的微波透射曲线

具体实施方式

方式一：采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的聚四氟乙烯纤维基板或者环氧玻璃布纤维基板的某一面上刻蚀两组相同金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为a＝3.00mm-10.00mm，两组金属铜开口谐振环的间距为d＝0.10-0.50mm，内环与外环的内切圆直径之为d₁/d₂＝0.40-0.75，开口为g＝0.10-0.50mm，线宽为c₁＝0.10-0.50mm，厚度为t＝0.02-0.04mm；在同一块聚四氟乙烯纤维基板或者环氧玻璃布纤维基板的另一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝3.00-10.00mm，长度为L＝6.00-10.00mm，线宽为c₂＝0.10-0.50mm，厚度为t＝0.02-0.04mm，由该方式制备的微波左手材料的微波透射曲线表明在其左手透射峰区域有禁带，通过调节金属开口谐振环与金属线的相对位置h制成含有禁带的不同微波左手材料。方式二：采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的环氧玻璃布纤维基板或者聚四氟乙烯纤维基板的某一面上刻蚀两组相同金属铜开口谐振环阵列，其中心间距为a＝3.00-10.00mm，两组金属铜开口谐振环的间距为d＝0.10-0.50mm，内环与外环的内切圆直径之为d₁/d₂＝0.40-0.75，开口为g＝0.10-0.50mm，线宽为c₁＝0.10-0.50mm，厚度为t＝0.02-0.04mm；在另一块环氧玻璃布纤维基板或者聚四氟乙烯基板的某一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝3.00-10.00mm，长度为L＝6.00-10.00mm，线宽为c₂＝0.10-0.50mm，厚度为t＝0.02-0.04mm，将两块基板叠加且使刻蚀有金属铜线基板的刻蚀面紧贴刻蚀有金属铜开口谐振环基板的未刻蚀面。由该方式制备的微波左手材料的微波透射曲线表明在其左手透射峰区域有禁带，通过调节金属开口谐振环与金属线的相对位置h制成含有禁带的不同微波左手材料。

本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：

实施例一：

采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的聚四氟乙烯纤维基板的某一面上刻蚀三组相同金属铜六边形开口谐振环阵列，其中心间距为a＝5.00mm，每组金属铜六边形开口谐振环的间距为d＝0.25mm，每组的数目为n＝12，内环的内切圆直径为d₁＝1.00mm，外环的内切圆直径为d₂＝2.20mm，开口为g＝0.25mm，线宽为c₁＝0.40mm，厚度为t＝0.04mm；在另一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜六边形开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝5.00mm，数目为n＝12，长度为L＝9.90mm，线宽为c₂＝0.50mm，厚度为t＝0.04mm，制成在某一频段内有一个左手透射峰的微波左手材料，保持金属铜线阵列不变仅将第三组金属铜六边形开口谐振环用空位代替便制成在左手透射峰区域有禁带的微波左手材料，这两种微波左手材料的微波透射曲线如附图3所示，对于通常的左手材料其仅在一定频率范围有一个透射通带(实线)；而对于含有禁带的左手材料其在一定频率范围出现两个透射通带(虚线)，两个透射通带之间是禁带。

实施例二：

采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的聚四氟乙烯纤维基板的某一面上刻蚀两组相同金属铜六边形开口谐振环阵列，其中心间距为a＝5.00mm，两组金属铜六边形开口谐振环的间距为d＝0.25mm，每组的数目为n＝12，内环的内切圆直径为d₁＝1.00mm，外环的内切圆直径为d₂＝2.20mm，开口为g＝0.25mm，线宽为c₁＝0.40mm，厚度为t＝0.04mm；在另一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜六边形开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝5.00mm，数目为n＝12，长度为L＝9.90mm，线宽为c₂＝0.50mm，厚度为t＝0.04mm，金属铜六边形开口谐振环与金属铜线的相对位置为h＝0.20mm，这样就制成了含有禁带的微波左手材料。采用同样的方法可在一块厚度为1.50mm环氧玻璃布纤维基板上制成与在聚四氟乙烯纤维基板上几何尺寸相同的另一种含有禁带的微波左手材料。这两种微波左手材料的微波透射曲线如附图4所示。

实施例三：

采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的聚四氟乙烯纤维基板的某一面上刻蚀两组相同金属铜六边形开口谐振环阵列，其中心间距为a＝5.00mm，两组金属铜六边形开口谐振环的间距为d＝0.25mm，每组的数目为n＝12，内环的内切圆直径为d₁＝1.00mm，外环的内切圆直径为d₂＝2.20mm，开口为g＝0.25mm，线宽为c₁＝0.40mm，厚度为t＝0.04mm；在另一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜六边形开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝5.00mm，数目为n＝12，长度为L＝9.90mm，线宽为c₂＝0.50mm，厚度为t＝0.04mm，使金属铜六边形开口谐振环与金属铜线的相对位置分别为h＝0.10mm，h＝0.87mm，h＝1.87mm，这样就制成了三种含有禁带的微波左手材料，其微波透射曲线如附图5所示。

实施例四：

采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的环氧玻璃布纤维基板的某一面上刻蚀两组相同金属铜六边形开口谐振环阵列，其中心间距为a＝5.00mm，两组金属铜六边形开口谐振环的间距为d＝0.25mm，每组的数目为n＝12，内环的内切圆直径为d₁＝1.00mm，外环的内切圆直径为d₂＝2.20mm，开口为g＝0.25mm，线宽为c₁＝0.40mm，厚度为t＝0.04mm；在另一块厚度为1.50mm的环氧玻璃布纤维基板某一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜六边形开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝5.00mm，数目为n＝12，长度为L＝9.90mm，线宽为c₂＝0.50mm，厚度为t＝0.04mm，将两块基板叠加且使刻蚀有金属铜线基板的刻蚀面紧贴刻蚀有金属铜六边形开口谐振环基板的未刻蚀面，使金属铜六边形开口谐振环与金属铜线的相对位置分别为h＝1.80mm，h＝1.95mm，h＝2.20mm，这样就制成了三种含有禁带的微波左手材料，其微波透射曲线如附图6所示。

实施例五：

采用电路板刻蚀技术，在一块厚度为1.50mm的聚四氟乙烯纤维基板的某一面上刻蚀两组相同金属铜六边形开口谐振环阵列，其中心间距为a＝5.00mm，两组金属铜六边形开口谐振环的间距为d＝0.25mm，每组的数目为n＝12，内环的内切圆直径为d₁＝1.00mm，外环的内切圆直径为d₂＝2.20mm，开口为g＝0.25mm，线宽为c₁＝0.40mm，厚度为t＝0.04mm；在另一块厚度为1.50mm聚四氟乙烯纤维基板的某一面上刻蚀一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属铜六边形开口谐振环的金属铜线阵列，其中心间距为a＝5.00mm，数目为n＝12，长度为L＝9.90mm，线宽为c₂＝0.50mm，厚度为t＝0.04mm，将两块基板叠加且使刻蚀有金属铜线基板的刻蚀面紧贴刻蚀有金属铜六边形开口谐振环基板的未刻蚀面，使金属铜六边形开口谐振环与金属铜线的相对位置h＝0.10mm，这样就制成了含有禁带的微波左手材料。同样采用电路板刻蚀技术可在一块厚度为1.50mm的聚四氟乙烯纤维基板的两面分别刻蚀两组相同金属开口谐振环阵列和一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线阵列，且其几何尺寸与在两块聚四氟乙烯纤维基板上刻蚀的金属铜六边形开口谐振环阵列和金属铜线阵列的相同，这样就制成了另一种含有禁带的微波左手材料。这两种微波左手材料的微波透射曲线如附图7所示。

Claims

1.一种含有禁带的微波左手材料，该材料是由刻蚀在同一基板两面或者不同两块基板上的金属开口谐振环与金属线组成，其主要特征是该材料的结构单元为两组相同金属开口谐振环和一个其长度为可等间距沿其轴线放置三组相同金属开口谐振环的金属线组成，且金属线与开口谐振环的中心位置对应。

2.如权利要求1所述含有禁带的微波左手材料，其特征是金属开口谐振环为六边形、正方形、圆形，开口谐振环的内环与外环的内切圆直径之比d₁/d₂＝0.40-0.75，开口为g＝0.10-0.50mm，线宽为c₁＝0.10-0.50mm，厚度为t＝0.02-0.04mm。

3.如权利要求1所述含有禁带的微波左手材料，其特征是金属线的长度为l＝6.00-10.00mm，线宽为c₂＝0.10-0.50mm，厚度为t＝0.02-0.04mm。

4.如权利要求1所述含有禁带的微波左手材料，其特征是：结构单元中心间距为a＝3.00-10.00mm，两组金属开口谐振环的间距d＝0.10-0.50mm；在一块基板上制备的含有禁带的微波左手材料的金属开口谐振环与金属线相对位置h分别为0.10mm，0.20mm，0.87mm，1.87mm；在两块基板上制备的含有禁带的微波左手材料的金属开口谐振环与金属线相对位置h分别为0.10mm，1.80mm，1.95mm，2.20mm。